卫星导航系统能够保障国家安全、促进社会发展,并为人民的生产生活带来极大的便利。随着北斗卫星定位导航系统的建设与试运行,北斗系统将逐步成为可以和GPS系统相媲美的GNSS系统之一,能够为地球表面和近地空间的用户提供全天时、全天候、高精度的定位、导航和授时服务。目前,各相关单位竞相研制高性能的北斗导航接收机,而捕获环节是北斗导航接收机设计中的关键环节之一。本文将围绕接收机中的捕获算法问题展开研究,完成了如下几个方面的工作:(1)介绍北斗QPSK信号的信号结构,并对北斗中频信号进行了仿真,研究了北斗中频信号的频谱结构和自相关函数,为后续的捕获算法的仿真提供了可用的仿真信号源。(2)下一代卫星导航信号体制将采用BOC调制方式。BOC信号具有与传统BPSK信号有不同的特点,本文详细讨论了BOC信号、MBOC信号以及AltBOC信号的调制原理及其功率谱特性和自相关函数特性。BOC信号的自相关函数的多峰性为信号捕获带来了新的问题。本文对捕获BOC信号所采用的双边带捕获算法、单边带捕获算法以及BPSK-like捕获算法进行了简要的介绍和分析,并给出了一些仿真结果。(3)捕获概率和算法复杂度可以作为捕获算法性能的衡量指标。本文对北斗信号的捕获过程进行了建模,详细推导了门限与捕获虚警率和噪声功率之间的表达式,分析了捕获概率与积分时间之间的关系。本文还对基本的捕获算法(串行搜索捕获算法,并行频率搜索算法和并行码相位搜索算法)进行了详细的分析和仿真,并对可以减小虚警率的Tong算法进行了介绍。(4)在森林、城市、峡谷及隧道等环境中,由于障碍物的遮挡卫星信号受到了很大程度的衰减,这就需要依赖高灵敏度的捕获算法来捕获信号。常见的提高捕获灵敏度的方法是延长积分时间,本文分析了延长相干积分时间和非相干积分时间所带来的算法性能提升和存在的问题。本文依次介绍了差分相干累积算法,半比特/全比特算法,以及估计导航数据比特的圆周算法。通过仿真分析发现,相同积分时间的条件下,估计导航数据比特的圆周算法具有最高的捕获概率,但是该算法的计算量很大。为了减小算法的计算量,本文利用“先累积后相关”的思想,使用FFT替代相关运算以及采用并行程序结构三个方面对估计导航数据比特的圆周算法进行了优化,改进后算法的计算效率得到了较大的提升。